(57)【要約】【課題】燃料電池セルの折損を防止できるとともに、セルスタックの口開きを防止できる燃料電池を提供する。【解決手段】複数の燃料電池セル６２を所定間隔をおいて立設した状態でマニホールド５８に固定し、隣設する燃料電池セル６２間に集電部材７６を介装してなるセルスタック６０を具備するとともに、セルスタック６０の先端部に、該先端部を取り囲む枠体９２を設けてなる。【選択図】図５
2005129314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて立設した状態でマニホールドに固定し、隣設する前記燃料電池セル間に集電部材を介装してなるセルスタックを具備するとともに、前記セルスタックの先端部に、該先端部を取り囲む枠体を設けてなることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
燃料電池セルは、先端部に発電に寄与しない不活性部を有しており、該不活性部を枠体が囲んでいることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
枠体は、セルスタックの周囲を取り囲む枠部と、燃料電池セルの先端面に当接する当接部とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池。
【請求項４】
燃料電池セルの一端部は、セル支持板に設けられたセル挿入孔に挿入固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
燃料電池セルの一端部は、配列した状態で一体的に接合固定され、セル支持板に立設していることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
セル支持板はマニホールドの一部を構成していることを特徴とする請求項４又は５記載の燃料電池。
【請求項７】
集電部材は板状であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
次世代エネルギーとして、近年、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納した燃料電池が種々提案されている。
【０００３】
従来の固体電解質型燃料電池は、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納し、燃料電池セル同士を集電部材により電気的に直列又は並列に接続して構成されており、発電は燃料電池セルに酸素含有ガス及び燃料ガスを供給して６００〜１０００℃程度の高温で行われていた。
【０００４】
そして、燃料電池セル間の電気的な接続を行う集電部材は、従来、繊維状の金属が集合した金属フェルト状のものが用いられていた。このような金属フェルトではセル間の接続が経時的に劣化する等の理由から、本出願人は、集電部材として板状金属を用いたものを出願した（例えば特許文献１参照）。この特許文献１では、燃料ガスタンクに複数の燃料電池セルを立設し、これらの燃料電池セル間に板状の集電部材を介装した燃料電池が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２８２１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した燃料電池では、隣設する燃料電池セル間に集電部材を介装し、その集電部材の弾性力で隣設する燃料電池セルの側面を、隣設する燃料電池セルを広げるようにして押圧し、電気的な接続を確保していたため、燃料電池セルを押し広げるような力が作用し、燃料電池セルの固定部に力が作用し、折損したり、セルスタックが口開きするという問題があった。特に、燃料電池セル間の電気的な接続を確保するため、集電部材の弾性力を強くした場合にはその傾向が強い。
【０００６】
本発明は、燃料電池セルの折損を防止できるとともに、セルスタックの口開きを防止できる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池は、複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて立設した状態でマニホールドに固定し、隣設する前記燃料電池セル間に集電部材を介装してなるセルスタックを具備するとともに、前記セルスタックの先端部に、該先端部を取り囲む枠体を設けてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の燃料電池では、集電部材の弾性力で隣設する燃料電池セルの側面を押し広げるようにして、燃料電池セル間を電気的に接続しているため、燃料電池セルの電気的な接続を確保できるとともに、セルスタックの先端部に、該先端部を取り囲む枠体を設けたので、集電部材の弾性力で燃料電池セルの側面を押し広げるようにしたとしても、枠体によりセルスタックの口開きを阻止して燃料電池セルの変形が抑制され、燃料電池セルの固定部における折損を確実に防止できる。
【０００９】
また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルは、先端部に発電に寄与しない不活性部を有しており、該不活性部を枠体が取り囲んでいることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルの発電する部分では、枠体が当接していないため、発電性能に影響を与えることがない。
【００１０】
さらに、本発明の燃料電池は、枠体は、セルスタックの周囲を取り囲む枠部と、燃料電池セルの先端面に当接する当接部とからなることを特徴とする。このような燃料電池では、枠体が燃料電池セルの先端面に当接する当接部を有しているため、枠体をセルスタックの先端部に確実に位置せしめることができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルの一端部は、セル支持板に設けられたセル挿入孔に挿入固定されていることを特徴とする。また、燃料電池セルの一端部は、配列した状態で一体的に接合固定され、セル支持板に立設していることを特徴とする。さらに、セル支持板はマニホールドの一部を構成していることを特徴とする。
【００１２】
このような燃料電池では、例えば、セル支持板の挿入孔に燃料電池セルの一端部を挿入固定したり、複数の燃料電池セルの一端部を接合剤を充填して固化し、一体的に接合固定することにより、セルスタックを容易に形成でき、このようなセルスタックのセル支持板をマニホールドの天板とすることにより、燃料電池セルをマニホールドに容易に立設することができる。
【００１３】
また、本発明の燃料電池は、集電部材は板状であることを特徴とする。このような燃料電池では、板状の集電部材を用いているため、燃料電池セルを押し広げようとする力が大きいため、本発明を好適に用いることができる。
【００１４】
また、板状の集電部材を用いることにより、燃料電池セルの側面とは面接触となり、従来のようなフェルト状の集電部材よりも燃料電池セルに当接する面積が大きくなり、集電特性を向上できる。また、集電部材は板状であるため弾性力も大きく、振動等が生じたとしても燃料電池セルとの十分な接触を長期間確保できる。
【００１５】
さらに、集電部材は板状であるため、高温となった場合でも、従来のフェルト状の集電部材よりも焼結しにくく、燃料電池セルとの十分な接触を長期間確保できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料電池は、集電部材の弾性力で隣設する燃料電池セルの側面を押し広げるようにして、燃料電池セル間を電気的に接続しているため、燃料電池セルの電気的な接続を確保できるとともに、セルスタックの先端部に枠体が嵌められているため、集電部材の弾性力で燃料電池セルの側面を押し広げるようにしたとしても、枠体によりセルスタックの口開きを阻止して、燃料電池セルの折損を確実に防止できる。さらに、枠体によりセルスタックの口開きが抑制されているため、燃料電池セル間の集電部材が燃料電池セルに強く当接し、電気的な接続を長期にわたって維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の燃料電池を図面を参照して詳述する。
【００１８】
図１及び図２を参照して説明すると、図示の燃料電池は略直方体形状のハウジング２を具備している。このハウジング２の６個の壁面には適宜の断熱材料から形成された断熱壁、即ち上断熱壁４、下断熱壁６、右側断熱壁８、左側断熱壁１０、前断熱壁（図示していない）及び後断熱壁（図示していない）が配設されている。ハウジング２内には発電・燃焼室１２が規定されている。
【００１９】
前断熱壁及び／又は後断熱壁は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁及び／又は後断熱壁を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室１２内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板製でよい外壁を配設することができる。
【００２０】
ハウジング２内の下端部には下部ガス室１４が配置され、上端部には上部ガス室１６が配設されている。下部ガス室１４は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１５内に規定されており、同様に上部ガス室１６も上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１７内に規定されている。ハウジング２内の左右両側部には上下方向に延在する連通ガス室１８が配設されている。かかる連通ガス室１８は横方向（図１において左右方向）寸法が比較的小さい直方体形状のケース１９内に規定されている。
【００２１】
連通ガス室１８の各々の上面には前後方向に間隔をおいて３個の連通筒２０が付設されており、かかる連通筒２０を介して連通ガス室１８の各々が上部ガス室１６の下面両側部に連通されている。連通ガス室１８の各々の下端部内側は下部ガス室１４の両側面に直接的に連結されている。
【００２２】
従って、上部ガス室１６の両側部は連通ガス室１８を介して下部ガス室１４の両側部に連通せしめられている。下部ガス室１４の上面には横方向（図１において左右方向）に間隔をおいて上方に突出する５個の中空ガス噴出板２２が配設されている。かかるガス噴出板２２の下端は下部ガス室１４内に連通せしめられており、上部にはガス噴出孔（図示していない）が形成されている。
【００２３】
ハウジング２の両側部、更に詳しくは右側断熱壁８の内側及び左側断熱壁１０の内側には、全体として平板形状である熱交換器２４が配設されている。熱交換器２４の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態のケース２６から構成されている。
【００２４】
かかるケース２６内にはその横方向中間に位置する仕切板２８が配設されており、ケース２６内は内側に位置する排出路３０と外側に位置する流入路３２とに区画されている。排出路３０内には上下方向に間隔をおいて５枚の仕切壁３４及び３６が配置されている。更に詳述すると、排出路３０内には、その前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３４と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁３６とが交互に配置されており、かくして燃焼ガス排出路３０はジグザグ形態にせしめられている。
【００２５】
同様に、流入路３２内にも上下方向に間隔をおいて５枚の仕切壁３８及び４０、即ちその前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３８と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁４０とが交互に配置されており、かくして流入路３２もジグザグ形態にせしめられている。
【００２６】
ケース２６の内側壁の上端部には排出開口４２が形成されており、排出路３０は排出開口４２を介して発電・燃焼室１２と連通せしめられている。図示の実施形態においては、熱交換器２４の各々と上記連通ガス室１８との間及び連通ガス室１８の内面にも断熱部材４４及び４６が配設されているが、かかる断熱部材４４及び４６の上端は排出開口４２の下縁と実質上同高乃至これより幾分下方に位置せしめられており、排出開口４２は断熱部材４４及び４６の上方に残留せしめられている空間並びに連通ガス室１８の上端に配設された３個の連通筒２０間の空間を通して発電・燃焼室１２に連通せしめられている。
【００２７】
ケース２６の上壁における外側部には流入開口４８が形成されており、流入路３２はかかる流入開口４８を介して上部ガス室１６に連通せしめられている。熱交換器２４の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体５０（図１にその上端部のみを図示している）が配設されており、かかる二重筒体５０は外側筒部材５２と内側筒部材５４とから構成されている。排出路３０の下端部は外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路の下端部に接続されており、流入路３２の下端部は内側筒部材５４内に規定されている流入路に接続されている。
【００２８】
而して、図示の燃料電池における上述したとおりの構成は、本出願人の出願にかかる特願２００３−２９５７９０の明細書及び図面に開示されている燃料電池組立体と実質上同一であるので、上述した構成の詳細については上記特願２００３−２９５７９０の明細書及び図面に委ね、本明細書においては説明を省略する。
【００２９】
上述した下部ガス室１４の上面上には４個の発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄが配置されている。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄは、夫々、上述したガス噴出板２２間に位置せしめられている。図１及び図２と共に、図３を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは前後方向（図１において紙面に垂直な方向）に細長く延びる直方体形状の燃料ガスマニホールド５８ａを具備している。
【００３０】
燃料ガス室５９ａを規定している燃料ガスマニホールド５８ａの上面上にはセルスタック６０ａが装着されている。セルスタック６０ａは上下方向に細長く延びる直立セル６２を燃料ガスマニホールド５８ａの長手方向（即ち前後方向）に複数個縦列配置して構成されている。図４に明確に図示する如く、セル６２の各々は電極支持基板６４、内側電極層である燃料極層６６、固体電解質層６８、外側電極層である酸素極層７０、及びインターコネクタ７２から構成されている。
【００３１】
電極支持基板６４は上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持基板６４にはこれを鉛直方向に貫通する複数個（図示の場合は４個）の燃料ガス通路７４が形成されている。セル６２の各々は、後述するように、燃料ガスマニホールド５８ａの上壁（天板）に、例えば耐熱性に優れたガラスによって接合され、セル６２の燃料ガス通路７４は、燃料ガス室５９ａに連通せしめられる。
【００３２】
インターコネクタ７２は電極支持基板６４の片面（図４のセルスタック６０ａにおいて上面）上に配設されている。燃料極層６６は電極支持基板６４の他面（図４のセルスタック６０ａにおいて下面）及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ７２の両端に接合せしめられている。固体電解質層６８は燃料極層６６の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ７２の両端に接合せしめられている。酸素極層７０は、固体電解質層６８の主部上、即ち電極支持基板６４の他面を覆う部分上に配置され、電極支持基板板６４を挟んでインターコネクタ７２に対向して位置せしめられている。
【００３３】
セルスタック６０ａにおける隣接するセル６２間には集電部材７６が配設されており、一方のセル６２のインターコネクタ７２と他方のセル６２の酸素極層７０とを接続している。セルスタック６０ａの両端、即ち図４において上端及び下端に位置するセル６２の片面及び他面にも、後述するように端部側集電部材１０９が配設されている。
【００３４】
セル６２について更に詳述すると、電極支持基板６４は燃料ガスを燃料極層６６まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ７２を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）から形成することができる。
【００３５】
燃料極層６６及び／又は固体電解質層７０との同時焼成により電極支持基板６４を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持基板６４を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｃ／ｃｍ以上であるのが好ましい。
【００３６】
燃料極層６６は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニアと称されている）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。
【００３７】
固体電解質層６８は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ２から形成されている。
【００３８】
酸素極層７０は所謂ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素極層７０はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０内５０％の範囲にあることが好ましい。
【００３９】
インターコネクタ７２は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクト７２は電極支持基板６４に形成された燃料ガス通路７４を通る燃料ガス及び電極支持基板６４の外側を流動する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが望まれる。
【００４０】
集電部材７６は弾性を有する金属又は合金から形成された板状或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができるが、特に板状であることが望ましい。
【００４１】
図１乃至図３を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは、セルスタック６０ａの上方を前後方向に細長く延びる長方体形状（或いは円筒形状）であるのが好都合である改質ケース７８ａも具備している。改質ケース７８ａの前端部下面には燃料ガス送給管８０ａの一端即ち上端が接続されている。
【００４２】
燃料ガス送給管８０ａは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管８０ａの他端は上記燃料ガスマニホールド５８ａの前面に接続されている。改質ケース７８ａの後面には被改質ガス供給管８２ａの一端が接続されている。被改質ガス供給管８２ａは実質上水平に延び、ハウジング２の後壁（図示していない）を通ってハウジング２外に延出している。
【００４３】
被改質ガス供給管８２ａは都市ガス等の炭化水素ガスでよい被改質ガス供給源（図示していない）に接続されており、被改質ガス供給管８２ａを介して改質ケース７８ａに被改質ガスが供給される。改質ケース７８ａ内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。
【００４４】
図示の実施形態においては、改質ケース７８ａは燃料ガス送給管８０ａを介して燃料ガスマニホールド５８ａに接続され、これによって所要位置に保持されているが、所要ならば、図３に二点鎖線で図示する如く、例えば上記被改質ガス供給管８２ａの下面と燃料ガスマニホールド５８ａの後端部上面或いは後面との間に適宜の支持部材８４ａを付設することもできる。
【００４５】
発電ユニット５６ｃは上述した発電ユニット５６ａと実質上同一である。発電ユニット５６ｂ及び５６ｄは、発電ユニット５６ａ及び５６ｃに対して前後方向が逆に配置されていること、従って改質ケース７８ｂ及び７８ｄと燃料ガスマニホールド５８ｂ及び５８ｄとを接続する燃料ガス送給管（図示していない）が後側に配置され、被改質ガス供給管８２ｂ及び８２ｄが改質ケース７８ｂ及び７８ｄの前面からハウジング２の前壁（図示していない）を通って延出せしめられていることを除いて発電ユニット５６ａ及び５６ｃと同一である。
【００４６】
発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの各々は、図１及び図２を参照することによって明確に理解されるとおり、ガス噴射板２２間にて下部ガス室１４を規定するケース１５の上面上に載置され、ボルトの如き適宜の固定手段（図示していない）によって所定位置に固定される。
【００４７】
さらに、本発明の燃料電池では、上記したように、又、図５に示すように、複数の燃料電池セル６２が所定間隔をおいて立設した状態で、その下端部が燃料ガスマニホールド５８に接合固定されており、隣設する燃料電池セル６２間には集電部材７６を介装してなるセルスタック６０を具備している。
【００４８】
そして、セルスタック６０の先端部には、この先端部を取り囲むセラミック製の絶縁体からなる枠体９２が設けられている。
【００４９】
この枠体９２は、セルスタック６０の周囲を取り囲む枠部９２ａと、燃料電池セル６２の先端面に当接する当接部９２ｂとから構成されている。当接部９２ｂは、燃料電池セル６２先端面における幅方向両端部に当接している。これにより、枠体９２をセルスタック６０の先端部に確実に位置せしめることができる。また、中空ガス噴出板２２から燃料電池セル６２間に噴出された酸素含有ガスは、燃料電池セル６２間には集電部材７６が介装されているため、燃料電池セル６２間を通過するよりセルスタック６０間を通過しやすく、このため、酸素含有ガスが燃料電池セル６２の幅方向両端部側を通過しやすくなり、この酸素含有ガスが燃料電池セル６２の先端面に回り込み、燃料電池セル６２の電極支持基板６４を酸化させて膨張させ、幅方向端部にクラック等が発生する危険性があるが、燃料電池セル６２の幅方向端部に枠体９２の当接部が当接しているため、燃料電池セル６２の幅方向端部を保護でき、酸化を防止してセル６２におけるクラック発生を抑制できる。
【００５０】
また、燃料電池セル６２は、先端部に発電に寄与しない不活性部６２ａを有しており、この不活性部６２ａに枠体９２が当接したり、取り囲んでいる。即ち、燃料電池セル６２は、固体電解質６８を一対の電極６６、７０で挟持している発電部６２ｂと、挟持していない不活性部６２ａを有しており、発電部６２ｂは燃料電池セル６２の長さ方向中央部に形成され、燃焼する燃料電池セル６２の先端部は不活性部６２ａとされている。この不活性部６２ａに枠体９２が位置しているため、発電性能に与えることがない。
【００５１】
尚、図１〜３では、枠体９２の記載を省略し、図５（ａ）（ｂ）では、集電部材を省略した。また、セル配列方向側の枠体９２には、燃料電池セル６２の先端面には燃料ガス通過孔が存在するため、燃料ガスの流通を妨げないように当接部９２ｂを有しない方が望ましい。形成するとしても、燃料ガス通過孔の燃料ガスの通過を妨げない幅とする必要がある。
【００５２】
セル６２の下端部は、セル支持板９７に設けられたセル挿入孔９９に挿入され、固定されており、このセル支持板９７が、燃料ガスマニホールド５８の天板を構成している。この場合には構造を簡略化でき、製造が容易となる。尚、燃料ガスマニホールドの上面にセル支持板を固定してもよい。この場合には、燃料ガスマニホールド内のガス気密性を高めることができる。この場合、燃料ガスマニホールドの天板には貫通孔が形成されており、この貫通孔とセルの燃料ガス通路７４とが連通している。
【００５３】
尚、複数の燃料電池セルを一列に配列させ、この状態で下端部を一体的に接合固定し、セルをセル支持板に立設させてもよい。この場合には、例えば、複数の整列した燃料電池セルの下端部を型枠内に収容し、この型枠内にガラスペースとを流し込み、加熱硬化させ、型枠を除去することにより作製できるため、セルスタックを容易に形成できる。
【００５４】
燃料電池セル６２は、ガラス、セラミック等の絶縁材料により燃料ガスマニホールド５８のセル挿入孔９９内に接合固定されている。接合は、燃料電池セル６２をセル挿入孔９９に挿入した状態で、その隙間に、ガラスペースト等を充填し、加熱することにより作製できる。
【００５５】
以上のように構成された燃料電池においては、被改質ガスが被改質ガス供給管（図２に２本の被改質ガス供給管８２ｂ及び８２ｄを図示し、図３に１本の被改質ガス供給管８２ａを図示している）を介して改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄに供給され、改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管（図２に２本の燃料ガス送給管８０ａ及び８０ｃを図示している）を通して燃料ガスマニホールド５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ内に規定されている燃料ガス室５９ａ、５９ｂ、５９ｃ及び５９ｄに供給され、次いでセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに供給される。
【００５６】
一方、空気でよい酸素含有ガスは二重筒体５０の内側筒部材５４内に規定されている流入路を通して熱交換器２４の流入路３２に供給され、次いで上部ガス室１６及び連通ガス室１８を通して下部ガス室１４に供給され、そしてガス噴出板２２の噴出孔からセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに向けて噴射される。
【００５７】
セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの各々においては、酸素極において、
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（固体電解質）
の電極反応が生成され、燃料極において、
Ｏ２−（固体電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
の電極反応が生成されて発電される。
【００５８】
発電に使用されることなくセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄから上方に流動した燃料ガス及び酸素含有ガスは、起動時に発電・燃焼室１２内に配設されている点火手段（図示していない）によって点火されて燃焼される。周知の如く、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄにおける発電に起因して、そしてまた燃料ガスと酸素含有ガスとの燃焼に起因して発電・燃焼室１２内は例えば１０００℃程度の高温になる。改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄは発電・燃焼室１２内に配設され、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの直ぐ上方に位置せしめられており、燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室１２内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。
【００５９】
発電・燃焼室１２内に生成された燃焼ガスは熱交換器２４に形成されている排出開口４２から排出路３０に流入し、ジグザグ状に延在する排出路３０を流動した後に二重筒体５０の外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路を通して排出される。燃焼ガスが二重筒体５０における排出路を流動する際には、二重筒体５０における流入路を酸素含有ガスが流動し、燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換が行われる。
【００６０】
そしてまた、燃焼ガスが熱交換器２４の排出路３０をジグザグ状に流動せしめられる際には、酸素含有ガスが熱交換器２４の流入路３２をジグザグ状に流動せしめられる。かくして燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で効果的に熱交換されて酸素含有ガスが余熱される。酸素含有ガスは上部ガス室１６、連通ガス室１８及び下部ガス室１４を通る際にも発電・燃焼室１２内の高温によって加熱される。
【００６１】
長期間に渡って発電を遂行することによってセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの一部或いは全部が劣化した場合には、ハウジング２の前壁（図示していない）或いは後壁（図示していない）を離脱或いは開動せしめ、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部をハウジング２内から取り出す。
【００６２】
そして、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部を新しいものに交換して、或いは発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部におけるセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄのみを新しいものに交換して、再びハウジング２内の所要位置に装着すればよい。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部における改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内に収容されている改質触媒を交換することが必要な場合にも、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部をハウジング２内から取り出し、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部における改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ自体を新しいものに或いは改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内の改質触媒のみを新しいものに交換すればよい。
【００６３】
改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内の改質触媒の交換を充分容易に遂行し得るようになすために、所望ならば改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄの一部を開閉自在な扉にせしめることができる。
【００６４】
そして、本発明の燃料電池では、バネ性を有する板状集電部材７６が燃料電池セル６２間を押し広げるようにして対向する燃料電池セル６２の平坦な側面間を機械的に接続することにより、燃料電池セル６２とは面接触となり、従来のようなフェルト状の集電部材よりも燃料電池セル６２に当接する面積が大きくなり、集電特性を向上できる。また、集電部材７６は板状であるため弾性力も大きく、振動等が生じたとしても燃料電池セル６２との十分な接触を長期間確保できる。
【００６５】
また、集電部材７６は板状であるため、ハウジング２内が高温となった場合でも、従来のフェルト状の集電部材よりも焼結しにくく、また、燃料電池セル６２との十分な接触を長期間確保できる。さらに、集電部材７６が板状であるため、一方の燃料電池セル６２のインターコネクタ７２と他方の燃料電池セル６２の酸素側電極７０との間に板状集電部材７６を容易にかつ確実に介装できる。
【００６６】
さらに、集電部材７６の弾性力で隣設する燃料電池セル６２の側面を押し広げるようにして、燃料電池セル６２間を電気的に接続しているため、燃料電池セル６２の電気的な接続を確保できるとともに、セルスタック６０の先端部に枠体９２が嵌められているため、集電部材７６の弾性力で燃料電池セル６２の側面を押し広げるようにしたとしても、枠体９２によりセルスタック６０の口開きを阻止して、燃料電池セル６２の固定部における折損を確実に防止できる。さらに、枠体９２によりセルスタック６０の口開きが抑制されているため、燃料電池セル６２間の集電部材７６が燃料電池セル６２に強く当接し、電気的な接続を長期にわたって維持できる。
【００６７】
以上、添付図面を参照して本発明の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることは多言するまでもない。例えば、特定の熱交換器を備えた略直方体のハウジングを備えた燃料電池に関連せしめて本発明を説明したが、本出願人の出願にかかる特願２０００−２９２２３４の明細書及び図面に開示されている多重筒状体から構成されたハウジングの如き他の適宜の形態のハウジングを備えた燃料電池にも本発明を適用することができる。
【００６８】
また、上記形態では、図４に示したような扁平状で、複数の燃料ガス通過孔７４を有する燃料電池セル６２を用いて説明したが、燃料電池セルは燃料ガス通路が一つであっても良く、燃料電池セルの形状は円筒等、特に限定されるものではない。
【００６９】
さらに、上記例では、燃料電池セル６２を直列に接続した例について説明したが、並列接続しても良いことは勿論である。また、燃料側電極６６を内側電極としたが、酸素側電極６８を内側電極としても良い。
【００７０】
また、本発明では、図６に示すように、セルスタックの配列方向の両端にセルスタック保持部材１２１を設け、このセルスタック保持部材１２１の下端部を燃料ガスマニホールドの側面に螺子等で螺着し、セルスタック保持部材１２１毎枠体９２で取り囲んでも良い。この場合、セルスタック保持部材１２１と最外側に位置する燃料電池セル６２との間には端部側集電部材１０９を介装し、この端部側集電部材１０９を介して電流を外部に引き出すことができる。また、セルスタック保持部材１２１を導電材料から構成することにより、このセルスタック保持部材１２１を介して電流をひきだすことができる。さらに、この場合には、セルスタック６０をセルスタック保持部材１２１により確実に保持できる。
【００７１】
また、図７に示すように、セルスタック保持部材１３１の下端部をマニホールド５８の挿入孔に挿入固定しても良い。この場合には、セルスタック保持部材の固定を図６よりも強化できる。
【００７２】
さらに、図８に示すように、セルスタック保持部材１４１の下端部をガスマニホールド５８に固定することなく、最外側の燃料電池セル６２の側面に当接するだけでも良い。
【００７３】
尚、図６〜図８では、板状のセルスタック保持部材１２１，１３１、１４１を用いたが、燃料電池セル６２へガスを十分に供給するという点から、セルスタック保持部材に貫通孔を形成し、この貫通孔を介してガスを電極に供給するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の燃料電池の好適実施形態を示す断面図。
【図２】図１の燃料電池を、一部を省略して示す斜面図。
【図３】図１の燃料電池に使用されている発電ユニットを示す斜面図。
【図４】図３の発電ユニットにおけるセルスタックを示す断面図。
【図５】セルスタックの先端部に枠体を設けた状態を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部の拡大図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示す断面図。
【図６】燃料ガスマニホールドの側面にセルスタック保持部材を螺着した斜視図。
【図７】燃料ガスマニホールドの挿入孔にセルスタック保持部材の下端部を挿入固定した斜視図。
【図８】セルスタックの側面にセルスタック保持部材を配置した斜視図。
【符号の説明】
【００７５】
５８（５８ａ、６８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ）：燃料ガスマニホールド
６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄ）：セルスタック
６２：燃料電池セル
７６：集電部材
９２：枠体
９２ａ：枠部
９２ｂ：当接部
９７：セル支持板
９９：セル挿入孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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